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南京理工大学醐士学位论文 白腐真菌生物膜法处理染料废水研究 摘要 本论文主要针对黄张原毛平革菌和变色栓菌对染料废永脱色及应用变色栓菌生 物膜反应器降解染料废水的情况进行了研究。通过实验确定了两种自腐真菌在浅层静 培养条件下对孑l 雀石绿驶舔红花红进行脱色的基本参数，并对分爝偶氮类、三港甲烷 类、杂环类懿7 耱不嚣终梅染耱豹税魏情形进行了考察。实验表鞠，黄蓬豢亳平革蓠 对杂环类染料脱色效果欠饿，而变色梭菌对以上三类染料均有较商的脱色效率。选用 变色栓菌，采用自制淹没溅生物滤池，间歇式运行，对单一染料孔雀石绿及混合染料 ( 警基橙、魏雀磊绿与番疑慈红等浓麓德髂积涅含 避行残色酶解。实验表羁，经秘 期诱导螽重复递辩，对孔雀石绿最大谶样浓度霹遮2 0 0 m g l 以上，水力停留时间4 h 的脱色率达9 0 以上；对商浓度混合染料( 各9 0 m g 肋同样时间的脱色率达9 4 7 。 通过实验 正踞了脱色过稷与光照无关。废用底物去除动力学模型，推求出了单一染料 的瑾论最大遴窳疯凌浓度，与实验毽较为唿台。辩攀染粒豹g c 。m s 检溺表鞠液耪 降解最终产物的结构较进水时确有改变；对混合染料的t o c 测定表明变色栓菌对底 物有机污染的去除快速有效。实验过程中发现两种冀筒在转接世代数超过6 时有明显 豹退位现象，初步总缝惑了凡类蓥撩复轾豹方法。 关键词：黄瓶原毛平革菌，变色栓菌，染料，脱懊，降解。 塞堡垒三盔鲎鍪圭鲎壁丝茎 垒墅壅茎兰篓蕉鎏竺篓鎏鳖堡查登塞 a b s t r a c t t h es t u d yo nd e c o l o r i z a t i o no f p h a n e r o c h a e t ec h r y s o s p o r i u m t r a m e t e sv e r s i c o l o r t od y ew a s t e w a t e ra n dd e g r a d a t i o no fb i o f i l mr e a c t o ru s i n g7 1 。r a m e t e sv e r s i c o l o rt od y e w a s t e w a t e rw a sc a r r i e do u ti nt h i sd i s s e r t a t i o n t h eb a s i cp a r a m e t e r so fd e c o l o r i z a t i o nt o c h i n ag r e e na n ds a f r a n i n et u s i n gt w o k i n d so fw h i t er o tf u n g u si ns h a l l o ws t a t i cc u l t u r e w e r ec o n f i r m e db yt h ee x p e r i m e n t s ，a n dd e c o l o r i z a t i o no ft h e mt o7k i n d so fd y e sw i t hd i f - f e r e n ts t r u c t u r ew a so b s e r v e d t h er e s u l ts h o w e dt h a td e c o t o r i z a t i o no f p h a n e r o c h a e t e c h r y s o s p o r i u mt oh e t e r o c y c l i cd y ew a s r o te f f i c i e n t ，w h i l et r a m e t e sv e r s i c o l o re f f i c i e n t l y d e g r a d e dd y e sf r o ma l lg r o u p s 。t r a m e t e sv e r s i c o l o rw e r es e l e c t e da n du s e df o rd e g r a d a t i o n o fo n ek i n do fd y e ( c h i n ag r e e n ) 穗m i x e do n e s ( m e t h y lo r a n g e ，c h i n ag r e e n & s a f r a n i n et m i x e da tt h es a m ec o n c e n t r a t i o na n dv o l u m e ) b yu s i n gt h ea e r o b i c b i o f i l mc o n t a c to x i d a t i o n , a d o p t i n gi n t e r m i t t e n to p e r a t i o nt y p e s 。t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h em a x i m u mo f c r i t i c a li n f l u e n ts u b s t r a t ec o n c e n t r a t i o no fc h i n a g r e e nc o u l db eo v e r2 0 0 p p ma f t e rs h o r t t e r mi n d u c e m e n t ，a n dt h er a t eo fd e c o l o r i z a t i o na t t a i n e do v e r9 0 ( h r t = 4 h ) 。t om i x e d d y ew i t hh i 曲c o n c e n t r a t i o n ( 9 0 p p mr e s p e c t i v e l y ) ，t h er a t ec o u l da t t a i n9 4 7 i nt h es a m e h r t d e c o t o r i z a t i o nw a sp r o v e dt ob ei n d e p e n d e n to fl i g h tb ym e a n so f e x p e r i m e n t s ，t h e t h e o r e t i c a lc r i t i c a li n f l u e n ts u b s t r a t ec o n c e n t r a t i o no fc h i n ag r e e nw a sa s c e r t a i na p p l y i n g s u b s t r a t er e m o v a ld y n a m i c sm o d e lt ot h er e a c t o r , a n dt h ev a l u et a l l i e sw i t ht h ee x p e r i m e n t s o n e t h eg c m sm e n s u r a t i o nt oc h i n a g r e e ns h o w e dt h a ti t ss t r u c t u r eh a sc h a n g e d a f t e rd e c o l o r i z a t i o n ，a n dt h et o cm e n s u r a t i o nt om i x e dd y es h o w e dt h a tt r a m e t e s v e r s i c o l o rc o u l dr e m o v e o r g a n i cp o l l u t i o no fd y e s t u f fs u b s t r a t ee f f i c i e n t l yi ns h o r tt i m e i n t h ee x p e r i m e n t s ，t h ef o l l o w i n g p h e n o m e n o nw a so b s e r v e d ，t w ok i n d so ff u n g iw i l ld e g e n e r a t ea f t e rt h e i rp r o p a g a t i v eg e n e r a t i o nn u m b e re x c e e d6 。s o m er e j u v e n a t i o nm e t h o d st o t h es t r a i n sw e r er e c o m m e n d e d k e y w o r d s ：p h a n e r o c h a e t ec h r y s o s p o r i u m ，t r a m e t e sv e r s i c o l o r ，d y e ，d e c o l o r i z a t i o n ， d e g r a d a t i o n 。 * h 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已缀发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获褥任何教育机构的学位绒学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 跫在论文中作了鞠确的说明。 研究生签褒： 矽厂年彳影8 鹭 学位论文使用授投声明 南京邋工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阀 菠上霾公毒本学蘧论文麓全部或郝分内容，可激囊有关都门或祝秘送 交并授权熬保存、借阅或上网公稚本学位论文的全部或部分内容。对 子保密论文，接漂寮躲奇关巍跫帮程亭楚理。 研究生虢璺l 肿阳咱 窒茎墨姜查兰堡主堡垒笙苎叁塞塞茎兰鳖整望鎏垄鲞鳖壅查叠塞 1 绪论 众掰弼翘，隶污染已经戒为我国环境西益怒往静荚键萑因素，蔼满予工监菠东的 印染废水在其中扮演蓿重要角色。目前，世界染料年产量约为8 1 0 5 9 x1 0 5 t ，我国 年产量墨达餮 。5 1 0 s t ，往藩 鼗赛蓊裂旺其中终有1 0 1 5 n 熬絷精淹痿零捧入环境翻， 对环境影响很大。废水中含有多种具有生物毒性的有机物，而废水中残存的染料组分 瑟镬浓凄缀低，羲 入承俸选会迤藏承髂透毙率降低，等致承俸生态系统浆破坏。印染 行业所用的染料基本上郡是人工合成的化学染料，如潘性黄、活性蓝、碱性紫、p v a 类等。囊于纯学染料其毒鑫静多、续梭复象、脱色困赡等特煮，瑟戳，染粒凌永熬脱 色处理一直是国内外没有很好解决的问题。含染料废水的处理难点首先在于c o d 值 衰，露b o d c o d 篷较小，霹擞德缝蓑；其次藏是惫庭菇、残分复杂、麓色难发大 2 1 。 对此，网内外采用了化学法c 氧化法、滤凝法、电解法等) 、物理法( 吸附法等) 、生物 法( 投藏法、厌敷一好畿工艺等) 进行处璎强4 】。鞠毙之下，生懿法是一耱经漭嚣毒效 的处理方法。 髫髓发现能降解染料的微嶷物穆类缀多，主要有_ 舆蘸、缁蘩窝藻类三静。 细菌脱色大多是程厌氧条件下对染料的不究全降解，生成句中间产物往往凑性很 大，因此，其应用受到煨制。蕊皂腐菌可在有畿条l 牛下降鳃多薏孛人工合成的染料，并 最终将它们矿化成c 0 2 和h 2 0 。由于囱腐菌对多种结构各异的有机污染物具有独持 的降解能力瞩“，近年来越来越受到重视，在环境保护领域显示出了强大於作用港力。 1 1 染料废水特点及其处理工艺 1 , 1 1 染料废水瀚主要特点 袭鼹曩蓑 藏印染痰承星兔3 0 0 0 - 4 0 0 0 k t ，楚各行盛中翡李j 污大户之一。印染废水 主要由邋浆废水、煮炼膦水、漂白废水、丝光废水、染色废水和印花废水组成，具有 “毫滚发、蠢彀发、毫p h 、戆降簿、多交强”聂天跨援，是袤1 , 1 。1 1 掰示。 表1 1 。1 1 印染废水的水质 璎基鼗骧 c o d ( mg l 1 ) 鬯度，倍 p h b o d c o d 8 0 0 2 0 0 0 湖咚黼 1 0 1 3 o 皇5 o 4 蘧麓蕊我科技翡菱震，瘁染葶亍鼗霞瘸翡奉| 辩( 包括备释纤维、染料帮助帮) 晶种日 豁增多，有的以化学原料代替原有的天然原料，使印染废水处理的难度大大增加，其 南京理互大学竣士掌链论文自麟粪蓥生物藤法娃理袋辩菠拳辑寇 体表现在这种废水的可生化性很差，采用传统工艺处理c o d 和饿度缀溅达到抖 放标准 研。而染料生产作为一颈产业，其产品又具有批次生产数量不大、品种更换频繁、产 率低等特点，其生产废水的成分复杂、色度深、有劈味、鸯桃物葺鞋无机盐食量离 ( 2 。1 5 ) ，并含对微生物有抑帚4 性的中间体潮。不间印染厂加工工藏不同，一般主 要经过退浆、漂白、丝光、染骰、整理等工序，印染过程各工序排出的废水组成印染 废东，其主要污染物如下： 悬浮物：纤维屑粒、浆料，整理加工药剂蒋； b o d ：有视豹，魏染料，浆料，袭蔼活瞧潮酶酚，加工努潮等； c o d ：染料，还原漂白剂，醛，还原净水刹，淀粉整理剂等； 黧金羼毒镌：锈、镑、锌、铬、慕鬣离予等； 色度：染料、颜料在废水中呈现的颜色。 露涤王堑凌窳求覆靖嚣觅液1 1 。i 。2 。 表1 1 1 2 印染工业废水水质情况 毛纺厂废水 5 7 1 0 0 2 0 05 0 0 左右3 0 0 ，5 0 01 5 0 3 0 00 5 。0 6 调奁 铮织厂废承9 一1 4 2 0 0 m g l ，采用这 种方法是不经济的。吸附处理使用的吸附剂多种多样，工程中需考虑吸附剂对染料的 选择性，应根据废水水质来选择吸附剂。研究表明，在p h 值为1 2 的印染废水中，用 硅聚物( 甲基氧) 作吸附荆，阳离子染料去除率可达9 5 。1 0 0 。高岭土也是一种吸 附剂，研究表明经长链有机阳离子处理，高岭土能有效吸附废水中的黄色直接染料。 此外，国内也应用活性硅藻土和煤渣处理传统印染工艺的废水，费用较低，脱色效果 较好，缺点是泥渣产生量大，且进一步处理难度大1 1 1 1 。 1 2 自瘸寨营戆跃及其巍凌东巯理中的藏瑶 1 0 1 巍废寞莹熬概醒凝壤莽特性 自7 0 年代以来，筛选降解术质索微生物的工作取得了长足的进展，人们从瘸烂的 本李| 孛褥爨了熊降簿本质素的微生物一囱腐菌，j | j 霉于担子菌纲，萁腐生在树木或木材 上，因引起本质白色腐烂而得此名。2 0 世纪8 0 年代初，s c i e n c e 茵次报道囱腐真赣 f p h a n e r o c h a e t ec h r y s o s p o r i u m ，中文名焚孢琢警平革萤) 的降解作用，t i e n 和g l e n n 两研究小组几乎同时从黄孢原罨平革菌的培养波中发现了本质索过氧化物酶，馒弓l 起 了舔壤器懿广泛关注，随螽对邑窿真麓生物学特往、辩解蕊律、生纯繇理、酶学、 分子生物学、工业化生产及环境工程实际应用等方面进行了大量研究【l 捌。据大量相 南京理工大学硐= l 学位论文白腐真菌生物膜法处理染料废水研究 关文献摄邋f 好。啦，对皇感蘩鲍研究遮及全露，主黉斑捂荚、美、法、德、璇、璜 典及日本等瀚，我营也送行了大量研究。传统生物工艺主要是针对易降解有枫物进行 设计、运行的，但是仍然商许多特殊异生物质和排艘污染物难于嫩物降解。丽研究表 暇，白腐菌熊降勰各种结构褶异的化学物质，包括谯环境中持久且难以处理的污染甥， i 孬显吴毒其它垒耱系统掰不其备豹谨患，嚣露在环凌镰护与环境灞理方嚣显示蠢富有 希望的应用前景。 白腐菌菌丝体一般为多核，少有隔膜，通常担子菌的两性结合是以锁状联合方式 形成薮懿双竣缀鼹，瑟叠囊蘩虽羼担予猿缀寒无锁凝联会。多援瓣分釜建子誉为雾接， 存在同宗配禽和异宗配合两类交配系统，多数孔菌、伞菌都属于此类型，中阐真菌 志便记载了4 6 属1 3 7 种【”1 。 目前，融研究的自瘸赣有：黄孢原蔼平革菌( p h a n e r o c h a e t ec h d , s o s p o r i u m ) 、彩 绒革盏蓥( c o l i o l u sv e r s i c o l o r ) 、变鬯撩蘩( t r a m e t e sv e r s i c o l o r ) 、射弥萤fp h l e b i a r a d i a t a ) 、风尾菇( p l e u r o t u s p u l m o n a r i u s ) 、朱红徽孔菌( 毋伽。舢r 淞c i n n a b n r i n u s ) 等。其中研究得最多、也鼹蠼重要的是黄孢原毛平革随及其所产生的木素过氧化物酶 _ 裙锰过氧纯物黪，该萤广泛分毒予焚器缝，在我嚣巍泰发嚣，惫摇英在内懿一些莫 裂自腐菌及菇来源见表1 2 1 1 1 2 。 表1 2 ，1 1一魃白腐真菌及其生长的宿主术材 徽生蘩 慕滚 c o l i o t u sv e r s i c o l o r 落盼瓣本 p h a n e r o c h a e t ec h r y s o s p o r i u m寒源不清楚 p h l e b i ar a d i a t a 落时树术，针时树术 c o r i o l u s p r u i n o s u m 藩叶树木 p o l y p o r u sv a r i t u s 幽罨耧、赤耪 p h e l t i m u sn o x i u s 橡阪橱 d i c h o m i t u s s q u a l e u s 桦术、杨木、云杉替 p a n u s t i g r i n u s 薄盱褥本 盎腐真菌的塔菸特性为； i ，壤葵濑黢：酴黄稳器毛平摹蓥臻羚澧褰淹3 7 。c p ，萁它鑫囊箕麓靛墙黎一毅 柱3 0 a c 。 ( 2 ) 嬷莠p 嚣傻；疑蠢翡是霪囊聋邋蜜静培势p h 蘧魏4 ，5 。0 乏瓣。 ) 鬻券物藤：狳丁繁霉耱薅鬻筑璇深努，悫藩冀鏊还霹班磷瑙木袋索、絷精以 及t n t 簿甥疆徽为其独特的碳滚。实嚣应怒中，裂鼹壤傍麓农娆震秘始玉米棒、键 屑等可大量地墙养白腐粪菌。 ( 4 ) 分子簸含爨；是麓爽藩鹣篪色及降解滔馁谈簸予离食氧环壤。 圆掷翻豫物质：掷铡囱腐冀菌瓶镪釉降解瀚纯学物质主要谢硫脉、叠氮化钠、 钒化物等。 南京理工大学硕士学位论文白腐真菌生物麒法处理染料废水研究 鼢搓搏戏者擐魂：一般议为垂瘸褰莹在悬浮状态下壤养嚣，整裁爨曩塾援淤将严 蓬地抑制术横索过氧他酶簿的产生；但适当的搅拌和振动有利与物质之间的传递，从 而促进其脱色和降解效果。 ( 7 ) 培养时阅：自腐真麓只有在次生代谢时( 培养3 4 d 默后) 才熊产生较多的本质素 过氧纯酶和镰过氧纯酶等添类，其中鬣过氧纯酶出蕊得鲍本质素避氧纯酶要晚俗d 以 后1 f 1 6 】。 1 2 2 自腐粪藏的蹲解枧邂 白腐真菌对各种环境污染物的降解原理，是生物学机制及一般的化学过程两者的 商梳结合。经过十几年系统的探索，科学家们已从熬体上对自腐真菌的降解机制作了 耀述。它稻静主覆蕊律及辐关概念麴下： n 1 降勰启动条件 自腐真菌的降解活动只发生在次生代谢阶段，与降解过程有关的酶，只有当一些 主要营养物，如氮、碳、硫限制时才形成。产生酶的这种营养限制称为木质索降解条 件( l i g n i o l y t i cc o n d i t i o n ) 。 ( 笏降锻的主要酶系统 白腐真菌在对营养限制作威答反应时形成一套酶系统： 产生h 2 0 2 的氧化酶：细胞内葡萄糖氧化酶和细胞外乙二醛氧化。它们在分予氧 参与下氧仡耀应窳耪褥形藏h 2 0 厂激活过氧化翩酶，癌动酶的催纯循环。 震珏2 锄的避氧化螺酶：本矮素过氧化物懿瓤p 卜罐诧嚣黪类芳香族瘫耱，锰 过氧化物酶( m l l p 卜一催化酚类、胺类及染料等依赖m n 的氧化，均在细胞内合成， 分泌到细胞外，以h 2 0 2 为最初辍化底物。此外，逐有漆酶、还原酶、甲基化酶、蛋 舀酶及其稳酶。上述酶共弼组成自腐真菌降解系统主体。 降麟是以自由基为蒸破戆链菠应避程 过氧化物酶是反成启动者，先形成高度活性的囊由蒸中阉体，继两以链反应方式 产生许多不同自内基，促使底物氧化，这种自由基反应是高度非特异性和无立体选择 缝的，教使黼与辩解对象并非是酶与底物豹对应关系，而是与一类乃至于多癸底 黪戆关系。 “1 降解活动是细胞外避行的 细胞学定位表明：降解发生在细胞外。这种细胞外降解系统为巨大的，不可水解 的、异质的、结构复杂乃至有毒的污染物提供了一个更翁被处嚣的调节环境。 溪戳麸蕊体上看囱腐冀菌稳降解梳翻楚：依赖于一个主要由细胞产生( 分泌) 的 酶系统组成的缨胞外隧解体系，霭氧并靠鑫身影残瓣珏2 瞧激活，鼗l 酶皴发寤动系 列自由撼链反应，实现对底物无特异性的氧化降解。 - 6 南京理工大学硕士学位论文白腐真菌生物膜法处理染料废水研究 1 2 3 自腐真荫的优点 从以上对白腐真菌降解机制的描述，不难看出作为污染物降解的白腐真菌技术 有着其它生物补救系统，特别是细菌系统所不具备的优点。 ( 1 ) 不需经过特定污染物的预条件化 细菌必须预先置于一定有效浓度的污染物才能诱导合成所需的降解酶。这导致细 菌一方面不能降解低浓度的有机污染物，另一方面只能将污染物降至有限水平。自腐 真菌的降解酶的诱导与降解底物的有无及多少无关，它是靠营养限制( 主要是n ) 来启 动降解过程的。这样白腐真菌就能够降解环境中某些低浓度污染物，而且能够将其降 到几乎测不出的水平。 ( 2 ) 动力学优势 细菌对化掌物的降解多依赖酶键转化，因此，降解遵循的是米氏动力学，所以用 绥菌避行生物脊救对必须考虑器释舔解酶对污染耪靛k m 蓬( 米氏常数) 。两踊菌对所 降姆豹异生物质从本矮上是担 斥魄，低亲秘黥( 裹k m 毽) ，这决定了其蹲解过程豹不 彻底性或不充分性。相反，自腐真菌是通过自幽基过程实现化学转化的，化举物降解 遵循的一般是准一级动力学。催化启动初始氧化反应的酶对底物无真正意义上的k m 德，邋就有稍予氧仡产物豹形成，淼味蕾宣腐真菌隧将污染鞠降至接邋子零的水平。 0 ) 。对其蚀微生物躲摈撬 自腐真菌对蒋养物的要求不高，利用象木屑、本片、剩余谷物、农业废弃物等这 样廉价的营养源就可肖效地培养。而其他微生物是不可利用这些生长基质的，这样白 满真菌较荔在自然的徽生物藩落中确立其自身。自腐真菌产生象o h 这样豹氧囱由 蘩，襞纯冀蚀微生物瓣蛋瞧震、d n a ，致镬它织瑟亡。真蓉还2 测用获貘上瓣襞纯 避原系统，调节所处环境达到低p h 值，所以一旦在微生物区系中导入自鹰真菌艏， 那些与其有不同的最佳p h 值的微生物就不能生长，白腐真菌因此保持着一种竞争上 的优势。 f 4 。缨艟岁 降释特征 自腐真菌降解系统的关键鳃分存在于细胞外，这使系统可以产生j 落强的有效氧 化性物种f 如v a + 和o h ) ，而不构成对细胞的毒獬。另外，有毒污染物也不必先进 入细胞再代谢。这样真菌既可降解不溶性化合物，也可降解有毒污染物。如氰化物是 睁滚氧化酶熬强摊隶翔，一般代谢酶存在予缅稳肉，细替必须首先设八氰化物，这又 严重搠制缨菌生长。实验数据表明：仅4 p p m 浓度的鬣化楔裁可以掷趔索政污东处理 系统内微生物生长，但白腐真菌的细胞外系统使其能忍受并矿化高浓度的氰化物奠到 2 6 0 p p m 才表现出明显的抑制。 岱) 洚解底糖的菲专一性 南京理工大学硕士学位论文白腐真菌生物膜法处理染料废水研究 白腐真菌的非专一性降解机制，使其不仅能降解各种结构不同的化学物，甚至连 杂酚油、芳氯物这样的污染物混合物也能一直降解至c 0 2 。而同样降解这类混合物需 要多种细菌合作，如美国科学家发现在哈得孙河的淤泥中，厌氧细菌有效地将多氯联 苯脱卤为一氯联苯，然后需氧细菌再将其降为c 0 2 。因为多数污染物在环境中实际上 是以多种污染物混合共存的方式存在的，白腐真菌的这种非专一性降解特点，无疑具 有更大的实用性。 ( 6 ) 适用于固、液两种体系 白腐真菌能在固体、液体培养基中生长，这样固液两种系统中均可采用自腐真菌 技术。由于大部分微生物系统都只能被用于水溶液中可溶性底物的处理，而许多污染 物又是不溶的( 如d d t ) ，也不易被吸收到颗粒性的物质上，这就限制了微生物对底 物的攻击。白腐真菌可以广泛地在土壤污染与水污染体系中发挥降解作用。 总而言之，自腐真菌集多种优越性于身，其降解功能表现出高效、低耗、广谱、 适用性强等特点，它们有别于一般微生物，在环境治理方面不失为有希望有前途的技 术与工具 1 7 1 0 但是，因为自腐真菌的一些特殊生理生化特性尚未被认识清楚，使其 直接大规模应用于实际废水处理、土地处理还有定距离。 1 2 4 囱腐囊菡奁褒承矬理中静瘫翔掰行髂 髓着对白腐菌研究的不断深入，在白腐菌分泌的木索降解酶系县有，主物漂白作用 的基确上，人们开始尝试需自腐菌处理漂囱废东，麓予去除氯纯术素及各种氯代芳香 化合物嗍l 。困聪经过磅究发现，自薅蕊辩谗多纯台躲，躲多环芳烃、d d t 、酸类、 氯代芳香化合物、染料、农药等含有芳香结构的污染物都有较强的降解能力。黄孢原 毛平革菌，通过生物吸附和生物降解作用能有效地处理备类染料废水。经3 0d 处理， 低蒺薰浓度酶( 1 0 m g l ) 豫j 栗红、活往翠蓝k n - 一g 的脱色率达9 2 9 9 ，高质量浓 度妁( 5 0 r a g l 、l g 黼豁0 麟惫攀这8 5 ；降舞率霹达7 0 激上。对1 8 群染料凌东 中的1 1 种降解率均超过5 0 f 1 9 】。李惠蓉篱【2 0 1 研究了黄孢原毛平革随对6 毒申染燃的脱 色，发现该菌对1 0 0 m g ，l 的活性艳髓k n r ，3 0d 的脱色率为8 6 7 ，对1 0 0r n l 的活往翠蓝k n - g ，1 5d 可达9 0 阻上的脱色率。 秦文娟等【2 l 】剩爱瓣定纯季张鱼藩粪瞽髓有效遗使氯漂e 毂废永脱色，其中自耩真 菌p o l y s t i c t u sv e r s i c o l o r 和p h l e b i ar a d i a t a 均能在2 4 h 壶馊废z k 脱色5 0 够以上。 j o y c e 等【2 2 】采用p c h r y s o s p o r i u m 为优势微生物的新型生物转盘m y c o r 反应器 处理纸厂漂臼废水，优化条件下能去除2 0 0 0 德素单位f l d ) ，同时去除c o d 和 b o d ，著使氯讫本素麓氯。 m a r w a h a 等【2 3 1 分别采熙黄鼹绳、糖蕊葶娶小麦终巍p 。c h r y s o s p o r i u m 生长裁髂， 在厌氧条件下消化造纸黑液，以黄麻绳为栽体时，脱色效果和c o d 去赊率最佳，最 + r 南京理工大学硕士学位论文 白腐真菌生物膜法处理染料废水研究 优运行参数为温度4 0 c ，菌丝体负荷3 4 0 m g ，p h 5 5 ，葡萄糖浓度1 ( m v ) ，停留时 间7 2 h ，固定床连续运行了2 1 d 。 何德文口4 】等认为采用白腐真菌生化法与其它处理方法结合，是彻底去除难降解有 机污染物的最佳处理方法，其成本也低，易于管理。 美国犹他州立大学a u s t 教授将白腐真菌技术转让给i n t e c h o n e - - e i g h t yc o r p ， 利用自腐真菌处理被t n t 、d d t 等严重污染的土壤。蒙大拿州i 的m y c o t e c h 公司则开 展石油烃补救，为治理重油、多芳香烃、四氯苯酚的污染设点，取得良好效果，与石 油工业界建立联系。英国b i o t a l 公司投资5 2 2 万美元，利用该菌治理受多氯联苯等 污染的土壤，处理后多氯联苯浓度从2 0 0 r a g k g 降至l m g 妇以下。 对白腐真菌的研究，引起了工业界的重视，工业界的投资及实际问题的解决，反 过来又促进了研究工作向纵深全面发展，这成为一种研究与应用、学术界与工业界相 结合、相互促进的良性发展和循环。 1 3 自腐真菌处理染料废水 1 9 8 3 年g l e n n 弱g o l d 首先涯碉，p c h r y s o s p o r i u m 对一些聚合柒稀有脱色作用 【2 5 1 。1 9 8 8 年b u m p u s 靼b r o c k 攒示，p 。c h d , s o s p o r i u m 黢生物蹲黪缝鑫紫这耱三苯甲 烷碱性染料，真菌及细胞外液体对染料具有去甲基化反成能力壮哪。1 9 9 0 年c r i p p s 等 首次报导p c h r y s o s p o r i u m 还熊降解偶氮染料( 包括磺酸化偶氮染料) 和杂环染料朗。 1 3 1 自腐真菌对染料脱色降解的广谱性 在染色废水审，染辩被认为“不基建般蛉生甥降辫方法去滁”。然瑟，礤究揭 示：自腐真菌则可能成为一种例外。 实验表明，囱腐真菌对染料有极其广谱的降解脱色能力。从染料的化学结构大类 分，有髑氮袋料、杂环染料、三苯甲烷染料及聚合染籽等。从染料的种类看，有碱性 亚甲夔、橙l l 、金莲橙0 、慰暴红、天袁薤、羧挂燕红、誊羧黄、塞接薤、结晶綮、 孔雀绿、亮蘸、甲酚蓝、比布里希猩缀、直接冻黄g 镶。这些染料与p ，c h r y s o s p o r i u m 的共培养都发生稷度不同的脱色与降解7 , 2 s 3 0 l 。 1 3 2 自腐真菌对染料脱色降解的规律性 在辫解攫律辑究中，遴誉选择馁氮染瓣 乍为模式瘫鞠。选择这类染籽 乍为探索自 腐真菌生物鼯解染料枫理的模式底物，在理论上鸯受强的针对性，在应髑上鸯广泛戆 可能性。现融得出的降解规律性的主鼹结论有： ( ”染料芳香环上的取代基类型的不同，影响p c h r y s o s p o r i u m 对染料脱色降解 - 9 南京理工大学硕士学位论文 白腐真菌生物膜法处理染料废水研究 的敏感性m 】。通常认为：羟基( - - o h ) 、氨基( 一n i 3 ) 等促进染料脱色降解；甲氧基 ( - - o c h 3 ) 、磺酸基( - - s 0 3 - ) 、甲基( - - c h 3 ) 和羧基( - - c o o n ) 等抑制染料生物降解。 ( 2 ) 真菌合成分泌的两类主要的过氧化物酶：木质素过氧化物酶( l i g n i n p e r o x i d a s e ，l i p ) 和锰过氧化物酶( m n g a n e s ep e r o x i d a s e ，m n p ) 参与染料的脱色降解， 是反应所必需的催化剂。 ( 3 ) p c h r y s o s p o r i u m 次生代谢中利用葡萄糖所合成的代谢物藜芦醇( v e r a t r y l a l c o h o l ，v a ) j | i 0 激l i p 氧化偶氮染料，成为h 2 0 2 和偶氮染料以外的l i p 降解的第三 种底物；并确保l i p 在反应过程中循环回复到其原初状态。 1 3 3 白腐真菌降解染料废水的研究进展 应熙皇嶷龚藏处理染料废拳，晷内辨均杏较多鹾究： 何德文等口2 1 用自腐真菌降鳃酸性染料废水，冀含量由初始的4 8 7 3 9 m g l 降至 3 7 2 6 m 姐，降解举达到9 2 以上，降解c o d 变化规律呈波浪趋势。 赵春芳等瑟3 糟自腐龚莆降解福氮金属络合染料，箕包括菌丝吸附和酶促降解旋应 鼹令过程，慧丝瓣生长量及酶溪性黪裹繇与处理染料痰零懿效果坚正魄。经戮纯瓣 p a n u sc o n c h a t u s 对溶剂染料作用7 2 h ，脱色率达9 0 以上。 李慧蓉等用p c h r y s o s p o r i u m 降解碱性紫5 b n ，其中较低染料浓度( 1 0 m g l ) 条件 - v ，o g c l 0 1 菌株，5 r a mv a ) 缓冲液和培养方式对体系吸附脱色效果影响不大，脱 色率大予9 5 ；从玺甥降勰率分辑，潋浅屡静培养秘琥璃酸镶缓渖滚烫最好。嵩浓 度染料( 5 0 、1 0 0 r a g l ) 条件下，两培养体系脱色率均大于8 5 ；从降织率分板，o g c l 0 1 处理浓度5 0 m g l 染料为窟，b k m 。f - 1 7 6 7 处理浓度1 0 0 m g l 染料更台邋f 3 4 】。浅 蘑静培养中p c h r y s o s p o r i u m 对比布列希猩红的研究中表明：充0 2 过程对反应体系 产生鼹耱佟怒：一方疆增麓逊分压，健进降解静积极效应；勇一方面气流对体系的 机械剪切力b 起降解酶失活的消极效应【3 s l 。当染料浓度较低时，炎0 2 操馋j 建翟戆受 面影响可能不足以抵消其促进作用，因而总体上表现出究0 2 的积极效应。但当染料 浓度大幅度提高时，对酶墩的需求增大，而充o ：过程引起的机械翦切力的破坏作用 减为主要矛j 嚣岿q 。 王永华等1 3 7 爆自滕真麓煤渣生物膜反应爨对活性艳毁染料具誊良持熬黢色效聚， 最高脱色率达到9 5 以上。白腐真菌煤渣生物膜反应器对实际的偶氮染料废水也其 有良好的净化效果，其中脱色作用主要在初始阶段究成，而到7 2 h 后c o d 得以有效 去豫。研究 | 未表鞠：共培养液类翟对染料的脱稳效聚有萌显影响，荚培养液类型对染 料脱色麴影响与共培莽渡营葬成分畜关，瞧与缓泞剡的缓砖狡能煮关。 范伟平等【3 8 j 用稻草末固定自鹰菌处理染料废水，白腐麓可毗羞在程擎束上生长繁 殖，稻草末既是菌体固定的裁体，又是菌体生长所需要的营养来源。其处理染料废水 南京理工大学硕士学位论文 白腐真菌生物膜法处理染料废水研究 的适宜条件为：温度3 2 c 3 5 。c 、p h 4 , - - 4 5 、停留时间8 1 2 h a 采用微电解一臼腐菌生 物降解一石灰絮凝系统处理染料废水的效果很好，废水c o d 和色度的去除率都在 9 5 以上。 李慧蓉等p 9 1p c h r y s o s p o r i u m 降解比布列希猩红的水处理反应器的研究表明： 在反应器水平上，海藻酸钙包埋小球、不锈钢钢丝网片、生物海绵、多孔泡沫以及裹 夹生物海绵的不锈钢网片等均可将p c h r y s o s p o r i u m 有效地固定，为菌创造一个传质 良好的细胞和酶活性得到有效的反应的环境，因此，染料废水的降解效果良好。 n i g a m 等【删用三种农业废弃物麦秆、木屑和玉米捣碎物吸附单一和混合染料，麦 秆和玉米捣碎物能在室温下从5 0 0 m g l 染料中去除7 0 一7 5 以上，吸附后的残渣是 自腐真菌的良好底物。 p o i n t i n g 等【4 l 】用亚热带担子菌加上白腐真菌p c h r y s o s p o r i u m 降解含氮三苯甲烷 和杂环聚合染料，两株亚热带担子菌能在o 2 5 m m o l l c d 2 + 、c u 2 + 和z n 2 + 条件下降解， 而白腐真菌p c h r y s o s p o r i u m 只能在0 1 m m o l l 以下降解。 z h a n g 等【4 2 】用白腐真菌在三种设计的反应器中降解含氮染料橙i i ，连续流固定床 生物反应器、间歇加料流化床生物反应器、连续流流化床生物反应器在长期运行中表 现出高效、稳定的降解效果，间歇加料流化床生物反应器效果最佳( 1 0 0 0 m l 橙i il d 中色度去除率达9 7 ) 。 w a n g 等阳1 用白腐真菌t v e r s i c o l o r 活菌丝体吸附和降解含不同典型活性基团( 含 氮基团、葸醌和靛基) 的三种合成染料，用l a n g m u i r 模型表征最大吸附量o 。和吸附 力k ，q 。；范围为5 0 1 0 5 r a g 染料g 干菌丝体，k 为1 7 1 2 0 m g 染料l ，吸附的 染料能被1 0 日龄的白腐真菌在氮基质耗尽后降解。吸附1 h 即可达到饱和，再生时间 与染料结构和酶有关，染料饱和活菌丝体酶再生速率为8 1 9 m g 染料( g 干菌丝 体h ) ，物理吸附速率保持在2 3 m g 染料( g 干菌丝体h ) 之间。 1 4 论文的主要研究内容 综观国内外对于臼腐真菌的研究成果不难看出，虽然这类研究肇始于上个世纪 8 0 年代早期，值初麓的研究多偏重于降解机璐方面，近年来，将这项技术戚用于工 程实践静礤究海移，然焉躐离鬓正静工程实黼癍灞，无疑还有楣当长静路要建。譬如 在菌秘的选择、保存，适宜工艺祭4 牛的确定等诸多方嚣，糨关的磷突多处予摸索殓段， 迄令尚未见有此项技术大舰模应用于工程实践的报道。 论文要解决的主器问题是确定自病真菌特定菌种对模式染料的脱色降解的主要 按术条箨，在戴基础之上，选择适宜鼢载体及最优化的箍瑗工艺，力求对a 工配制 的单一及混台染料获褥最德鲍处理效果。在关注脱毽效率的网时，对染凝熊物在处 理前后的t o c 值进行测定州，以了孵该工艺对染料底物有机污染的整体去除效果。 - 1 1 南京理工大学硕士学位论文白腐真菌生物膜法处理染料废水研究 2 材料与方法 2 1 材料 2 1 1 菌种 实验所用白腐真菌菌种分别为黄孢原毛平革菌( p h a n e r o c h a e t ec h r y s o s p o r i u m ，以 下简称p c 菌) 和变色栓菌( t r a m e t e sv e r s i c o l o r ) ，购自江苏省农业科学研究院。 2 1 2 培养基 2 1 2 1 固体生长培养基 其主要用途：用于菌种的繁殖、扩增和保存。 其成分【4 s 】和主要制备过程如下： ( 1 ) 1 0 0 9 新鲜土豆，洗净、去皮、称重，切成大拇指大小，置于烧杯中，加入5 0 0 m l 水，电炉加热，搅拌，8 0 c 保温半小时，使土豆内含物浸出( 或冷却半小时，再烧开) ， 单层纱布过滤，纱布中央垫层棉布。( 注意：在加热过程中水分会不断蒸发，可于初 始液面位置作一标记，水分损失较多时予以补足，否则将因培养基中水分过少而致随 后的真菌转接失败 ( 2 ) 葡萄糖1 0 9 ，k i - 1 2 p 0 4 1 5 9 ，琼脂1 0 9 ，m g s 0 4 0 7 5 9 ，加入土豆汁中溶解。 ( 3 ) 一般p h 值不用调节，自然达到4 5 左右。 ( 4 ) 在1 5 磅( 1 2 1 。c ) 下灭菌半小时。 2 1 。2 。2 液铬营养阻涮壤莽蒸 国内矫对自腐真菌所徽的大量研究表明，在限制氮源的情况下，能够激发白腐真 菌静藏并酶降群系统，对诸翔染料废东等所含有静难酶解有机秘避行有效的生物降 勰，从蕊达到飚氇蛇强戆。扶文鼓材料中可以发觋，液体陵氮培莽基鸯缀多葶孛，实验 中对e c 菌采用了i ( i r k 液体限氮培养基f 4 嗣( 以下简称s 。i ) ，这是相对使用比较广泛 的培养基，而且实践效果识比较好。而对于变色栓菌，由于不问研究者采用的培养基 磁a 缀夫，实验中综合、院较不丽培养基 4 7 1 下变色稔菌对染科废永的楚理效栗并加以 遴当调整，避嚣确定了变魏捡整滚传限氮培养蓥蝉8 】( 熬下茨称s 。珏) 馋_ 为交瞧栓蘸懿 共培养液。选定过程详见臌文。 限氮液体培葬基的主要用途：用于建立黄孢原毛平蕈菌和变色栓菌的降解体系。 实验中所使弼的液体限氮培养基具体成分如下。 s 。l ：每野液体培棼基客寿o 2 蕾避p 嘎，o 0 5g m g s 0 4 7 赫2 0 ，o 0 1g c a c l 2 ，l o g 南京理工大学硕士学位论文自腐真菌生物膜法处理染料废水研究 葡萄糖，l m gv b l ，1 m l 无机溶液，1 2 m m o l 酒石酸铵，以2 0 m m o l l 丁二酸钠为缓 冲液，o 4 m m o l l 苯甲醇为l i p 的激活剂，其中无机溶液组分及含量见表2 1 2 2 1 ： 袭2 1 2 。2 1s i 中恁规潞渡的组分及含量( 以每丹液体培莠基计) 一一坠照她嫩一苎墅坠一堡艘婴地一兰! ! q ! 曼鲤! 墨牌! 一 一童j 溆! 一一坠一一一旦墨一旦墨旦鲤三。旦她一 缓努a l l ( ( s o d2n a 2 m 0 0 4 c u s 0 4 5 h e oc o s 0 4 n a c l 一室塾! ：罄。! ：! ! 璺篓坠三 s 1 l ：每舞液体培莽基禽有1 5 9 裁萄糖，1 2 m m o l 滔石酸铵，3 0 9 k h 2 p 0 4 ， 0 2 9 n a h 2 p 0 4 ，1 5 9 m g s 0 4 7 t 2 0 ，0 1 m gv b l ，o 1 m g c a c l 2 ，o 1 m g f e s 0 4 。7 h 2 0 ， 0 0 1 m g z n s 0 4 7 h 2 0 ，0 2 m g c u s 0 4 5 h 2 0 ，以2 0 m m o ! l 丁二酸钠为缓冲液。 s 搽 ：每升液体培葬基禽有：2 0 9 k h 霍0 4 ，5 0 9 m g s 0 4 7 h 2 0 ，0 7 5 9 c a c l 2 。 徽 量元素的组成为l ) ：1 o g n a a ，3 0 9 m g s 0 4 7 h 2 0 ，o ，l g f e s 0 4 7 h 2 0 ， 0 1 9 c o s 0 4 7 h 2 0 ，0 1 9 c a c l 2 ，o 1 9 z n s 0 4 7 h 2 0 ，o o l g c u s 0 4 5 h 2 0 ， 0 1 9 9